(57)【要約】      （修正有）【課題】金属製の管部分ないし管片の確実な密封が可能であるような超音波溶接装置を提供する。【解決手段】第１の溶接面５２を有する振動音極５４及び第１の溶接面に対応する第２の溶接面５０を有する対極ないし受圧台４８からなり、第１及び第２の溶接面５２，５０が相互に同様に又はおおむね同様に湾曲した輪郭を有するとともに、第２の溶接面５０を振動音極の縦軸に沿って伸びる溝状の幾何学的形状にして、相互の形状同志を確実に嵌合させるようにし、管の溶接の場合に最適な変形と溶接を可能にした。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４）を有する振動音極（２０、５４、６８）と、第１の溶接面に対応する第２の溶接面（４２、４４、５０、７４、７６）を有する対極ないし受圧台（２１、４８、７８）と、該振動音極から延出して第１の溶接面を越えて張り出す切断部材（２６）とを備え、該振動音極の縦軸（８０）を横切る平面内で第１の溶接面が湾曲した輪郭を有する、金属製の管部分（１６、１８）の超音波溶接装置による流体密の密封及び切断のための装置において、
前記第１及び第２の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４；４２、４４、５０、７４、７６）が相互に同様に又はおおむね同様に湾曲した輪郭を有するとともに、前記第２の溶接面（４２、４４、５０、７４、７６）が振動音極（２０、５４、６８）の縦軸（８０）に沿って延びる溝状の幾何学的形状を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
第１の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４）が対極（２１、４８、７８）に対して円筒面切片からなる凹形の輪郭を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１及び第２の溶接面（２２、２４、４２、４４；５２、７０、７２；７４、７６；８６）が重なり合ったとき、それらの曲率中心が一致し又はほぼ一致することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１及び第２の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４；４２、４４、５０、７４、７６）の順次続く部分の曲率中心が、振動音極の縦軸（８０）と平行ないしほぼ平行に延びる中心線上にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
第１及び第２の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４；４２、４４、５０、７４、７６）が重なり合ったとき、第１の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４）の中心線と第２の溶接面（４２、４４、５０、７４、７６、８６）の中心線が重なり合い、もしくは互いに平行ないしほぼ平行であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第１の溶接面（２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４）が平滑ないしほぼ平滑な表面を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
第２の溶接面（４２、４４、５０、７４、７６、８６）がその溝状の輪郭に沿って順次続く隆起（９０、９２、９４、９６）を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
順次続く隆起（９０、９２、９４、９６）の間隔が等しいか又はほぼ等しいことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
隆起（９０、９２、９４、９６）が第２の溶接面（４２、４４、５０、７４、７６）の長手方向に対し垂直をなす平面に関して対称な２つの側面によって画定されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。  
【請求項１０】
隆起（９０、９２、９４、９６）の前記２つの側面が５°≦α≦２０°の角αを挟むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第２の溶接面（４２、４４、５０、７４、７６）がねじ山断片の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の溶接面を有する振動音極と、第１の溶接面に対応する第２の溶接面を有する対極又は受圧台と、該振動音極（ソノトロード）から延出して第１の溶接面を越えて張出す切断部材とを備え、該振動音極の縦軸を横切る平面内で第１の溶接面が湾曲した輪郭を有する、金属製の管部分の超音波溶接装置による流体密な密封及び切断のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定又は冷却技術の装置及び設備では管が利用される。管をまず真空化し、次に冷却ガスを充填する。このために管を継手で結合する。充填の後に管の継手側部分を切り離さなければならない。それには設備又は装置、例えば冷蔵庫又は空調設備に通じる管を流体密に密閉することが必要である。
【０００３】
先行技術によりしぼり加工及び硬ろう付けが知られている。充填された管をキャップで閉じ、キャップ自体を管に接着する接着技術も適用される。
【０００４】
硬ろうで流体密な密閉を行う場合は、管をあらかじめ絞って密封しておかなければ、塗布されるろうにパイプが生じ、管から出るガスがこれを貫通し、こうして漏れを生じる。このことは別として、当該の技術はＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）流体でしか利用できない。ＣＦＣは可燃性でないからである。
【０００５】
今日ＣＦＣはほとんどイソブタンに切換えられているが、イソブタンは爆発性が高い。このため硬ろう付けはもはや不可能である。そこで超音波溶接が普及している。超音波溶接では、まず真空化され、次いで冷却ガスが充填された管の絞り加工と流体密な密閉が１工程でできる。  
【０００６】
管の流体密な密閉のための公知の超音波溶接装置では振動音極（ソノトロード）が使用される。振動音極は第１の溶接面を有し、第１の溶接面の脇に切断部材が通っている。それに対応して所属の対極−受圧台とも言う−は第１の溶接面に対応した第２の溶接面を有し、切断部材に配属された相手部材、例えば切れ刃が第２の溶接面のかたわらに通っている。
【０００７】
国際特許公開ＷＯ  ０３／０７６１１６Ａ１により同様な超音波溶接装置が周知である。工具交換をせずに管を溶接部の右側でも左側でも切断することが、この装置によって初めて可能になる。その場合対極の溶接面は平坦であり、振動音極は対極に対して凸曲した形に形成されている。
【０００８】
電気絶縁で取り囲まれた電気導体と支持物とを溶接する超音波溶接装置が日本特許公開ＪＰ２００３−３３４６６９Ａにより周知である。絶縁を除去するために、振動音極は空隙を備えたリブ状構造を有し、絶縁をこの空隙に押込むことができる。また振動音極は凹形輪郭を有し、凹形輪郭の縦軸は振動音極の縦軸を横切って延びている。
【０００９】
プラスチックの溶接のための装置がドイツ特許公開ＤＥ−Ａ−１４７９５１１に見られる。プラスチック部材を溶接する区域では、当該の溶接面が平坦に形成されている。
【００１０】
米国特許ＵＳ−Ａ−４，５１７，７９０ではプラスチックを溶接するために、受圧台付きの超音波溶接装置が利用される。受圧台は断面図で円切片状の突起を有し、これに振動音極の平坦な溶接面が配属されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の根底にある課題は、管部分ないし管片の確実な密封が可能であるように、冒頭に挙げた種類の装置を改良することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
上記課題は、本発明に基づき第１及び第２の溶接面が相互に同様に又はおおむね同様に湾曲した輪郭を有するとともに、第２の溶接面が振動音極（ソノトロード）の縦軸に沿って延びる溝状の幾何学的形状を有することによって解決される。
【００１３】
公知の先行技術と異なり、振動音極の溶接面も対極ないし受圧台の溶接面も同様に湾曲した形になっているから、相互の形状どうしが嵌合した、いわば確実拘束的なかみ合いが可能である。これによって特に管の溶接の場合に、溶接時間又は接触圧力を増加せずに、最適な変形と溶接が可能になるという利点が得られる。
【００１４】
本発明をさらに改良して、第１の溶接面が対極に対して、円筒切片からなる凸形輪郭を有するようにすることも提案される。
【００１５】
第１及び第２の溶接面が重なり合ったとき、その曲率中心が一致し又はほぼ一致するように構成される。
【００１６】
第１ないし第２の溶接面の順次続く部分の曲率中心が、振動音極の縦軸と平行あるいは、ほぼ平行な中心線上にあるならば、特に良好な溶接結果が得られる。その場合、第１及び第２の溶接面が重なり合ったとき、第１の溶接面の曲率中心と第２の溶接面の曲率中心が一致するか、又はほぼ一致し、互いに平行ないしほぼ平行に延びる中心線上にあるように構成される。
【００１７】
第１の溶接面、即ち振動音極の溶接面がその長手方向に沿って平滑ないしほぼ平滑な表面を備える構成の一方、他方の対極ないし受圧台の第２の溶接面は、その長手方向に沿って順次続く隆起により凹凸を付けた構成とされる。
【００１８】
隆起は対称に形成されるものとする。即ち隆起は第２の溶接面の長手方向に対し垂直に広がる平面に関して対称な２つの側面によって画定される。隆起を画定するくぼみも同様に対称に形成されている。隆起は尖った縁をつけて形成された尖端を有するものとする。２つの側面は例えば５°≦α≦２０°の角αを挟むことができる。
【００１９】
第２の溶接面がねじ山断片の形の構造を備えることも可能である。これに関連する構造は、対称面が第２の溶接面の長手方向に対し垂直でなく、第２の溶接面に対して傾斜している点が前述の構造と相違する。その場合、傾角βは０°＜β≦１０°である。
【００２０】
本発明のその他の細部、利点及び特徴は、特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、図面に見られる好ましい実施形態の下記の説明からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
例えば、温度感知装置、空調設備又は冷蔵庫のために必要な管は、まず真空化してから冷却ガスを充填しなければならない。続いて管を気密に密閉することが必要である。このために図１により、例えば、圧縮機の当該の管１０−これによって発明を限定するものではない−が継手１４を介して真空化又はガス充填装置と結合される。管を真空化し、冷却ガスを管に充填した後、次に管１０の末端側を流体密に密閉しなければならない。同時に継手１４に至る部分１６を切断しなければならない。
【００２２】
図１の概要図によれば、管１０は圧縮機１２から左へ突出する。管が測定又は冷却技術の圧縮機又はその他の装置から右へ突出することも可能である。しかし継手１４又はその他の接続片に対する管１０の位置に関係なく、管を確実に密封又は密閉し、圧縮機１２に至る部分１８から管を切り離すことを可能にするために、２つの密封された溶接区域が生じ、２つの溶接区域の間で管１０が、即ち管部分１６及び１８が互いに切り離されるように、超音波溶接装置の振動音極（ソノトロード）２０及び所属の対極ないし受圧台２１を形成することができる。その場合同時に継手１４に至る管部分１６も外側が流体密に密閉されるから、継手１４の中にある過圧によりガスが管部分１６を通って外へ流出することができないという利点が生まれる。
【００２３】
互いに引き離された２つの所望の密封区域を形成するために、振動音極２０は２つの相隔たる溶接面２２、２４を有し、これらの溶接面の間に切断部材２６が通っている。溶接面２２、２４は湾曲ないし下方に向けて凸曲した輪郭を有し、振動音極２０の長手方向に沿って延びている。
【００２４】
図１に示すように、振動音極２０又はその頭部は、縦軸８０に対し左右対称に形成されており、このため切断部材２６とそれに隣接する溶接面２２、２４についても左右対称となる。
【００２５】
振動音極２０に対応する対極２１ないし受圧台は、振動音極２０の溶接面２２、２４に対応する溶接面４２、４４を有する。本発明において、溶接面４２、４４は、湾曲ないし下方に向けて凸曲した溶接面２２、２４の幾何学的形状に対応して同様に同じ向きに湾曲した輪郭、即ち下方に向けて凹曲した輪郭を有する。この輪郭もまた振動音極２０の長手方向に対し平行ないしほぼ平行に延びている。
【００２６】
対極ないし受圧台２１の溶接面４２、４４の間に縦軸８０に沿って延びる溝状の幾何学的形状の凹陥部４６が形成され、受圧台２１の端面を通って上方に開口している。その場合、縦凹陥部４６の開口側は底面側より小さな幅を有する。また切断の際に生じる材料を受けるために、底面にくぼみを設けることができる。
【００２７】
振動音極２０の第１の溶接面と称する溶接面２２、２４及び対極ないし受圧台２１の第２の溶接面と称する溶接面４２、４４が図示のように相互に同方向に湾曲した輪郭を有することによって、特に湾曲した金属部材、例えば管壁片の密封及び溶接の際に特に良好な溶接結果が生じる。第１及び第２の溶接面２２、２４、４２、４４及びこれらの溶接面の間に通る被溶接金属部材、例えば管壁片が互いの形状部分を嵌合させて、いわば確実拘束的に組合わせられるからである。
【００２８】
図１の実施例により切断部材２６の両側に溶接面２２、２４又は４２、４４が通るように振動音極２０と対極ないし受圧台２１を形成したとすれば、図２、４及び５の実施例では対極ないし受圧台４８が１つの第１の溶接面５０しか持たず、従ってこの溶接面に振動音極５４のただ１つの第２の溶接面５２が割当てられるように構成することもできる。
【００２９】
上記構成の外に、対極ないし受圧台４８又は振動音極５４の溶接面５０、５２は相互に同方向に湾曲した輪郭を有するから、溶接面５０、５２が直接重なり合うならば、原則として確実拘束的なかみ合いが生じる。ここにおいて、受圧台４８の第２の溶接面５０は凹陥部６２で示すように、振動音極５４の縦軸８０に沿って延びる溝状の幾何学的形状を有する。それに対応して振動音極５４の溶接面５２は対極ないし受圧台４８に対して下方に向けて凸曲した輪郭を有し、とりわけ円筒面切片の幾何学的形状になっている。振動音極５４の溶接面５２のかたわらに切れ刃５８が延びている。振動音極５４を対極ないし受圧台４８の方向に下降させたとき、これらの間にあって溶接される管を切断することができるように、切れ刃５８に対極ないし受圧台６８の受け刃６０が対応して配属されている。切断の際に生じる材料を収容することができるように、対極ないし受圧台４８の受け刃６０と溶接面５０の間に溝状の前記凹陥部６２が設けられている。
【００３０】
また図２で明らかなように、振動音極５４即ち超音波を伝達するその頭部は２つの第１の溶接面、即ち溶接面５２のほかに正反対の側に相対する溶接面６４及び所属の切れ刃６６を有するから、振動音極５４を反転させるように回転させることによって、溶接面５２、６４のいずれか一方を対極ないし受圧台４８及びその第２の溶接面５０に向かって整列することができる。
【００３１】
図３の実施例は、２つの下方に向けて凸曲した第１の溶接面７０、７２が振動音極６８、即ちその頭部から延出しており、これらの溶接面が対極ないし受圧台７８の２つの第２の溶接面７４、７６にそれぞれ対応している点で、基本的に図１の実施例に相当する。ここにおいても、前述の利点を得るために、これら溶接面７０、７２、７４、７６は同方向に湾曲している。
【００３２】
図２に図示の実施例と同様に、２対の溶接面７０、７２又は８２、８４の一方の対を選択に応じて対極ないし受圧台７８に割当てるために、振動音極４８を反転させるように回転させることができる。換言すれば振動音極６８は２対の溶接面７０、７２及び８２、８４を具備するいわば逆転式工具として形成されている。
【００３３】
以上、説明した実施例の溶接面２２、２４、４２、４６、５０、５２、６４、７０、７２、７４、７６、８２、８４は、振動音極２０、５４、６８の長手方向、すなわち縦軸８０の横方向、すなわち図の紙面方向ないし長手方向に沿って延びており、振動音極２０、５４、６８又は振動音極頭部の第１の溶接面２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４自体は図の紙面方向ないし長手方向に沿っては、とりわけ凹凸がなく、即ち表面側が平滑に形成されている。これに対して当該の対極ないし受圧台２１、４８、７８の第２の溶接面４２、４４、５０、７４、７６は、その面の長手方向に沿って順次続く凹凸状の隆起からなる構造を有する。隆起は振動音極２０、５４、６８の縦軸８０の横方向に延びている。その概要が図５で明らかである。図５には対極ないし受圧台４８の溶接面５０の拡大図が示されている。溶接面５０は全体に凹曲した輪郭の溝状の幾何学的形状を有することが分かる。なお溶接面５０は、参照符号９０、９２、９４、９６で例示したように長手方向に沿って順次続く隆起によって凹凸が付けられている。ここにおいて、隆起９０、９２、９４、９６はその相互の間隔が等しいか又はほぼ等しく、そして先が尖った形になっており、隆起９０、９２、９４、９６の上縁の中心から対称に傾斜した２つの側面によって画定される。換言すれば、これら隆起は溶接面の長手方向に対し垂直をなす平面に関して対称な２つの傾斜した側面によって画定される。この２つの側面は５°≦α≦２０°の角αを挟む。但しこれによって発明を限定するものではない。
【００３４】
隆起９０、９２、９４、９６は、とりわけ対応する振動音極５４の縦軸８０を横切る平面に沿って延びている。場合によっては縦軸８０に対して傾きを与えることもでき、原則としてこの隆起構造はねじ山断片に相当する幾何学的形状からなる。
【００３５】
以上の各図で明らかなように、第１及び第２の溶接面２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４；４２、４４、５０、７４、７６の順次続く部分の曲率中心は、それぞれ振動音極の縦軸８０と平行ないしほぼ平行な中心線上にある。その場合、第１及び第２の溶接面２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４；４２、４４、５０、７４、７６が重なり合ったとき、それらの曲率中心が一致し又はほぼ一致し、第１の溶接面２２、２４、５２、６４、７０、７２、８２、８４の中心線と第２の溶接面４２、４４、５０、７４、７６の中心線は重なり合うか、又は互いに平行ないしほぼ平行に延びるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】管部分の密封及び切断のための本発明の装置の実施例の概要図を示す。
【図２】振動音極及びこれに対応する対極ないし受圧台を備えた本発明の装置の他の実施例の概要図を示す。
【図３】振動音極及びこれに対応する対極ないし受圧台を備えた本発明の装置の更に他の実施例の概要図を示す。
【図４】図２に示す実施例の斜視図を示す。
【図５】図４の一部の拡大図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１０  管
１６，１８  管部分
２０，５４，６８  振動音極
２１，４８，７８  対極（受圧台）
２２，２４，５２，６４，７０，７２，８２，８４  溶接面（第１の溶接面）
４２，４４，５０，７４，７６  溶接面（第２の溶接面）
【図１】
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【図２】
2005177864.tif 000004
【図３】
2005177864.tif 000005
【図４】
2005177864.tif 000006
【図５】
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